KR101048362B1 - Laser processing apparatus and method - Google Patents

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Abstract

미세 가공에 사용되는 레이저 가공장치 및 그 방법이 개시된다. 레이저 빔을 이용하여 가공대상물의 목표위치를 가공하는 장치에 있어서, 상기 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생부와; 상기 레이저 빔을 제1 경로와 제2 경로로 분리시키는 광학변조기와; 상기 제1 경로로 분리된 레이저 빔을 집광하여 상기 목표위치에 조사되도록 하는 대물렌즈부와; 상기 가공대상물이 거치되고 상기 대물렌즈부에 대하여 거리 조절이 가능한 스테이지부와; 상기 제1 경로 상에 배치되고 상기 레이저 빔이 상기 목표위치에 상응하는 조사 시간 동안 상기 제1 경로를 따라 진행하도록 허용하는 빔 차단부를 포함하는 레이저 가공장치에 의하면, 레이저를 이용한 가공대상물의 가공 시 레이저 빔의 진행을 허용 또는 차단하는 빔 차단부를 배치하여 레이저 빔의 미세한 에너지에 대하여 안정적인 전달이 가능토록 한다. Disclosed are a laser processing apparatus and method for use in micromachining. An apparatus for processing a target position of a workpiece by using a laser beam, comprising: a laser generator for generating the laser beam; An optical modulator separating the laser beam into a first path and a second path; An objective lens unit focusing the laser beam separated by the first path to irradiate the target position; A stage unit on which the object to be processed is mounted and distance adjustable with respect to the objective lens unit; According to a laser processing apparatus including a beam blocking unit disposed on the first path and allowing the laser beam to travel along the first path for an irradiation time corresponding to the target position, the laser processing apparatus may be used to process a workpiece. By placing a beam blocker that allows or blocks the progress of the laser beam, stable transmission is possible for the fine energy of the laser beam.

레이저, 가공, 미세, 안정 Laser, machining, fine, stable

Description

레이저 가공장치 및 그 방법{Laser beam machining apparatus and method thereof}Laser beam machining apparatus and method thereof

본 발명은 미세 가공에 사용되는 레이저 가공장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laser processing apparatus and method for use in micromachining.

기계 가공(Mechanical Working)은 물품에 소정의 형상과 성질을 부여하는 조작을 의미한다. 종래의 기계 가공은 공작기계, 압연기, 프레스 등을 이용하고 있다. 하지만, 다수의 제품에 대하여 정밀한 미세 가공이 요구되고 있는 요즘 종래의 기계 가공 기술만으로는 한계에 다다르고 있으며 그 대처가 어려워지고 있다. 이러한 산업적 필요를 실현하는 수단으로 레이저 가공 기술이 기대되고 있고, 폭 넓은 산업분야에서 그 용도가 확대되고 있는 실정이다. Mechanical working refers to an operation that imparts a certain shape and properties to an article. Conventional machining uses machine tools, rolling mills, presses, and the like. However, the precision machining of a large number of products is required these days, the conventional machining technology alone has reached the limit and it is difficult to cope. Laser processing technology is expected as a means of realizing such industrial needs, and its use is expanding in a wide range of industries.

레이저를 이용한 가공장치는 가공대상물에 대해 비접촉 방식으로 매우 국부적인 곳에 레이저 빔을 조사함으로써 주변 손상 없이 원하는 목표물을 제거, 파괴하거나, 마킹, 표면처리 등을 수행하게 된다.The processing apparatus using a laser irradiates a laser beam at a very local place in a non-contact manner with respect to a workpiece to remove, destroy, mark, or surface a desired target without surrounding damage.

예를 들어, 반도체 웨이퍼 공정 중 패터닝에서 원래 설계와 달라 변경되는 경우나 작은 불순물들로 인하여 불량이 나타나게 되는 경우에 링크를 제거함으로써 대체될 수 있는 잉여 회로로 연결시켜 재생 가능하게 할 수 있다. 또는 액정표시장치용 컬러필터 기판에 있어서 특정 픽셀에 대하여 돌기 결함이나 휘점 결함 등으로 인한 불량이 나타나게 되는 경우에 돌기를 제거하거나 휘점이 발생한 픽셀을 암점화시킴으로써 결함을 수정할 수 있다. For example, when the semiconductor wafer process is changed from the original design in the patterning of the semiconductor wafer process, or when defects appear due to small impurities, the linkage can be connected to a surplus circuit that can be replaced by a replacement. Alternatively, the defect can be corrected by removing the projection or darkening the pixel where the bright spot is generated when a defect due to the projection defect or the bright spot defect appears for a specific pixel in the color filter substrate for the liquid crystal display device.

이러한 반도체 디바이스의 링크, 액정표시장치에서의 돌기, 휘점 발생 픽셀 등의 목표로 하는 국부적인 곳에 레이저 빔을 조사하여 원하는 목표물을 제거함에 있어서 그 가공의 질(質)은 가공대상물/목표물의 재질과 크기, 조사되는 레이저 빔의 에너지 강도 분포, 레이저 빔 스폿의 크기 및 조사 위치의 정확성 등에 영향을 받게 된다. 특히 레이저 빔의 에너지 강도가 불안정하게 되는 경우 미세한 가공 작업 시 정밀한 작업 효과를 얻지 못하게 되는 문제점이 있다. In order to remove a desired target by irradiating a laser beam to a target region such as a link of a semiconductor device, a projection in a liquid crystal display, or a bright point generating pixel, the quality of processing depends on the material of the object / target. The size, the energy intensity distribution of the laser beam to be irradiated, the size of the laser beam spot and the accuracy of the irradiation position are affected. In particular, when the energy intensity of the laser beam becomes unstable, there is a problem in that a precise work effect cannot be obtained in a fine machining operation.

본 발명은, 레이저를 이용한 가공대상물의 가공 시 레이저 빔의 진행을 허용 또는 차단하는 빔 차단부를 배치하여 레이저 빔의 미세한 에너지에 대하여 안정적인 전달이 가능토록 한 레이저 가공장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention is to provide a laser processing apparatus and method for stably transmitting the fine energy of the laser beam by arranging a beam blocker to allow or block the progress of the laser beam when processing the object to be processed using the laser. .

본 발명의 일 측면에 따르면, 레이저 빔을 이용하여 가공대상물의 목표위치를 가공하는 장치에 있어서, 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생부와; 레이저 빔을 제1 경로와 제2 경로로 분리시키는 광학변조기와; 제1 경로로 분리된 레이저 빔을 집광하여 목표위치에 조사되도록 하는 대물렌즈부와; 가공대상물이 거치되고 대물렌즈부에 대하여 거리 조절이 가능한 스테이지부와; 제1 경로 상에 배치되고 레이저 빔이 목표위치에 상응하는 조사 시간 동안 제1 경로를 따라 진행하도록 허용하는 빔 차단부를 포함하는 레이저 가공장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, an apparatus for processing a target position of a workpiece by using a laser beam, comprising: a laser generator for generating a laser beam; An optical modulator for separating the laser beam into a first path and a second path; An objective lens unit focusing the laser beam separated by the first path to irradiate the target position; A stage unit on which the object to be processed is mounted and distance adjustable with respect to the objective lens unit; A laser processing apparatus is provided that includes a beam blocker disposed on a first path and allowing the laser beam to travel along the first path for an irradiation time corresponding to a target position.

빔 차단부는 기구적으로 레이저 빔의 진행을 차단하거나 허용하는 셔터(shutter)일 수 있다. The beam blocker may be a shutter that mechanically blocks or allows the progress of the laser beam.

또는 빔 차단부는 레이저 빔이 조사 시간 동안 제1 경로로 진행하고 그 외 시간 동안 제3 경로로 진행하도록 하는 미러(mirror)일 수 있다.Alternatively, the beam blocker may be a mirror that allows the laser beam to travel in the first path during the irradiation time and in the third path for other times.

광학변조기는 가공대상물의 가공 작업 동안 온(ON) 상태로 유지될 수 있다. The optical modulator may be kept ON during the machining operation of the workpiece.

광학변조기에 의해 제1 경로로 분리되는 레이저 빔의 양은 빔 차단부에 의해 조사 시간 동안 진행이 허용되는 레이저 빔의 양보다 소정 임계치 이상일 수 있다.The amount of laser beam split into the first path by the optical modulator may be greater than or equal to a certain threshold than the amount of laser beam allowed to travel during the irradiation time by the beam blocker.

빔 차단부는 광학변조기에서 레이저 빔을 제1 경로로 분리시킨 후 소정 시간이 경과한 후 레이저 빔의 진행을 허용할 수 있다.The beam blocking unit may allow the laser beam to progress after a predetermined time passes after the laser beam is separated into the first path by the optical modulator.

조사 조건은 미리 설정되거나 목표위치의 크기에 대응할 수 있다.The irradiation condition may be preset or correspond to the size of the target position.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 레이저 빔을 이용하여 가공대상물의 목표위치를 가공하는 방법에 있어서, (a) 레이저 빔을 발생시키는 단계와; (b) 레이저 빔 을 제1 경로와 제2 경로로 분리시키는 단계와; (c) 제1 경로로 분리된 레이저 빔에 대하여 조사 조건에 대응하는 시간 동안 진행을 허용하는 단계-여기서, 조사 조건에 대응하는 시간은 미리 설정되거나 목표위치의 크기에 상응하여 설정됨-와; (d) 제1 경로로 분리된 레이저 빔을 집광하여 목표위치에 조사되도록 하는 단계를 포함하는 레이저 가공방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, a method for processing a target position of a workpiece by using a laser beam, the method comprising the steps of: (a) generating a laser beam; (b) separating the laser beam into a first path and a second path; (c) allowing the laser beam separated by the first path to proceed for a time corresponding to the irradiation condition, wherein the time corresponding to the irradiation condition is preset or set in accordance with the size of the target position; (D) there is provided a laser processing method comprising condensing the laser beam separated by the first path to be irradiated to the target position.

단계 (c)는 기구적으로 레이저 빔의 진행을 차단하거나 허용하는 셔터(shutter)에 의해 수행될 수 있다.Step (c) may be performed by a shutter that mechanically blocks or allows the progress of the laser beam.

또는 단계 (c)는 레이저 빔이 조사 시간 동안 제1 경로로 진행하고 그 외 시간 동안 제3 경로로 진행하도록 하는 미러(mirror)에 의해 수행될 수 있다.Alternatively, step (c) may be performed by a mirror that causes the laser beam to travel in the first path during the irradiation time and in the third path for other times.

여기서, 레이저 빔은 파장이 400 nm, 평균 출력 파워가 100 mW, 빔 직경(Beam diameter)이 2 mm 이하, 펄스 지속시간(Pulse duration)이 300 fs 이하일 수 있다.Here, the laser beam may have a wavelength of 400 nm, an average output power of 100 mW, a beam diameter of 2 mm or less, and a pulse duration of 300 fs or less.

또한, 레이저 빔은 펄스 주파수가 1 kHz 이상 150 MHz 이하일 수 있다.In addition, the laser beam may have a pulse frequency of 1 kHz or more and 150 MHz or less.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features, and advantages other than those described above will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 레이저를 이용한 가공대상물의 가공 시 레이저 빔의 진행을 허용 또는 차단하는 빔 차단부를 배치하여 레이저 빔의 미세한 에너지에 대하여 안정적인 전달이 가능토록 한다. According to a preferred embodiment of the present invention, when the processing of the object to be processed using a laser to arrange the beam blocker to allow or block the progress of the laser beam to enable a stable transmission to the fine energy of the laser beam.

또한, 레이저를 이용한 가공대상물의 가공 시 가공대상물의 해당 부위에 동일한 크기의 에너지를 가지는 레이저 펄스가 안정적이고 연속적으로 전달되어 원하는 수준의 정밀 가공 작업이 가능토록 한다.In addition, when processing the object to be processed using a laser, a laser pulse having the same size of energy to the corresponding portion of the object to be processed is stably and continuously transmitted to enable a desired level of precision processing.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징 들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and in the following description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals and redundant description thereof will be omitted. Shall be.

본 발명에서 설명의 편의와 이해를 위해 레이저 가공장치에 대한 가공대상물로 기판을 가정하여 설명하지만, 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 액정표시장치용 컬러필터 기판, 반도체 웨이퍼 등 레이저 빔에 의한 미세 가공을 필요로 하는 제품이라면 본 실시예에 따른 레이저 가공장치의 가공대상물이 될 수 있다. 여기서, 컬러필터 기판의 돌기 결함 픽셀, 휘점 결함 픽셀 혹은 반도체 메모리의 링크 등이 레이저 빔이 조사되어 수정 혹은 제거될 목표물이 될 수 있다.In the present invention, for convenience and understanding of the description will be described assuming a substrate as a processing object for the laser processing apparatus, this embodiment is not limited to this, the fine filter by a laser beam such as a color filter substrate, a semiconductor wafer for a liquid crystal display device If the product requires processing, it may be a processing target of the laser processing apparatus according to the present embodiment. Here, the projection defect pixel, the bright defect pixel or the link of the semiconductor memory of the color filter substrate may be a target to be corrected or removed by irradiating a laser beam.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 레이저 발생부(110), 광학변조기(120), 빔 덤프(125), 반사거울(130), 빔 확대기(140), 스캐너(150), 대물렌즈부(160), 스테이지부(170), 빔 차단부(180), 기판(100), 레이저 빔의 경로(115)가 도시되어 있다. 1 is a schematic diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a laser generator 110, an optical modulator 120, a beam dump 125, a reflection mirror 130, a beam expander 140, a scanner 150, an objective lens unit 160, a stage The unit 170, the beam blocking unit 180, the substrate 100, and the path 115 of the laser beam are shown.

본 발명은 극초단 레이저 펄스를 사용하여 미세한 정밀 가공을 수행하는 것을 특징으로 한다. 극초단 레이저 펄스를 가지는 레이저 빔은 레이저 발생부(110)에서 발진되어 광학변조기(120)에서 변조되고 빔 덤프(125) 혹은 반사거울(130)로 향한다. 반사거울(130)로 진행한 레이저 빔은 빔 확대기(140)를 거쳐 확대되고, 스 캐너(150)에서 스캔되어 대물렌즈부(160)를 통해 스테이지부(170) 상에 거치된 가공대상물인 기판(100) 중 레이저 가공에 의해 수정되거나 제거될 목표물에 조사된다. 여기서, 빔 차단부(180)가 광학변조기(120)와 대물렌즈부(160) 사이에 개재되어 소정 조건의 충족 여부에 따라 해당경로에서의 레이저 빔의 진행을 차단한다. 이에 대하여 각 부분별로 상세히 설명하면 다음과 같다. The present invention is characterized by performing fine precision machining using ultra-short laser pulses. The laser beam having the ultra short laser pulse is oscillated by the laser generator 110, modulated by the optical modulator 120, and directed to the beam dump 125 or the reflection mirror 130. The laser beam that has traveled to the reflective mirror 130 is enlarged through the beam expander 140, and is scanned on the scanner 150 to be mounted on the stage 170 through the objective lens unit 160. In 100, the target to be corrected or removed by laser processing is irradiated. Here, the beam blocking unit 180 is interposed between the optical modulator 120 and the objective lens unit 160 to block the progress of the laser beam in the corresponding path depending on whether the predetermined condition is satisfied. This will be described in detail for each part as follows.

레이저 발생부(110)는 레이저 매질, 펌핑부, 스위칭부 등으로 구성되어 소정 펄스 폭의 레이저 빔을 출력한다. 레이저 발생부(110)에서 발진된 레이저 빔은 펨토세컨드(femto-second) 혹은 피코세컨드(pico-second) 단위의 펄스 폭을 가지는 극초단 레이저 펄스일 수 있다. The laser generator 110 includes a laser medium, a pumping unit, a switching unit, and the like to output a laser beam having a predetermined pulse width. The laser beam oscillated by the laser generator 110 may be an ultra-short laser pulse having a pulse width in femto-second or pico-second units.

극초단 펄스를 가지는 레이저 빔을 이용함으로써 열확산시간보다 펄스 지속시간이 짧아 전자와 격자간의 에너지 전달이 없어 높은 에너지 강도로 레이저 빔에 노출된 목표물은 순식간에 제거된다. By using a laser beam with an extremely short pulse, the pulse duration is shorter than the thermal diffusion time, so there is no energy transfer between the electrons and the lattice, and the target exposed to the laser beam with high energy intensity is removed in an instant.

이에 따라 레이저 빔이 조사된 부분에서는 용융 존(Melting zone)이나 열영향 존(Heat affected zone)이 거의 관찰되지 않는다. 또한, 임의의 재료에 레이저 펄스가 흡수되어 확산되는 길이는 레이저 펄스의 폭과 비례하는 바, 극초단 레이저 펄스는 그 지속시간이 짧아 레이저 펄스가 가공부에 흡수되어 확산되는 확산 길이(Diffusion length) 또한 짧아져서 정밀 가공이 가능하게 된다. As a result, a melting zone or a heat affected zone is hardly observed in the portion to which the laser beam is irradiated. In addition, the length of the laser pulse absorbed and diffused in any material is proportional to the width of the laser pulse. The ultra short laser pulse has a short duration and a diffusion length in which the laser pulse is absorbed and diffused into the processing part. It also shortens, enabling precision machining.

본 실시예에서 목표물에 하나 이상의 극초단 레이저 펄스가 조사되어 해당 목표물이 수정되거나 제거될 수 있다. 목표물은 반도체 메모리의 링크, 액정표시장치의 컬러필터 기판 중 결함 픽셀의 일부분(돌기 등) 등으로, 크기가 매우 작아 미 세한 정밀 가공을 필요로 한다. 이러한 목표물의 효율적이면서도 안정적인 수정 혹은 제거를 위해서는 조사되는 각각의 극초단 레이저 펄스의 에너지 강도가 동일하거나 소정 오차 범위 이내에 있을 것이 요구된다. In this embodiment, the target may be irradiated with one or more ultra-short laser pulses so that the target may be modified or removed. The target is a link of a semiconductor memory, a part of a defective pixel (projection, etc.) of a color filter substrate of a liquid crystal display device, etc., and its size is very small and requires minute precision processing. For efficient and stable correction or removal of such targets, the energy intensity of each ultrashort laser pulse to be irradiated is required to be the same or within a predetermined error range.

본 실시예에서는 파장이 대략 400 nm, 평균 출력 파워가 100 mW, 빔 직경(Beam diameter)이 2 mm 이하, 펄스 지속시간(Pulse duration)이 300 fs 이하인 레이저가 사용될 수 있다. 또한, 이러한 레이저 빔의 펄스 주파수는 1 kHz 이상 150 MHz 이하일 수 있다.In this embodiment, a laser having a wavelength of approximately 400 nm, an average output power of 100 mW, a beam diameter of 2 mm or less, and a pulse duration of 300 fs or less may be used. In addition, the pulse frequency of the laser beam may be 1 kHz or more and 150 MHz or less.

광학변조기(120)는 레이저 빔을 변조하여 일부는 대물렌즈부(160)를 향하도록 진행시키고(제1 경로), 나머지 일부는 빔 덤프(125)로 조사되도록(제2 경로) 그 양을 조절하는 역할을 한다. 그 방식은 음향 광학변조기(Acoustic Optic Modulator, AOM) 또는 전자 광학변조기(Electro Optic Modulator, EOM)일 수 있다. The optical modulator 120 modulates the laser beam so that a part thereof is directed toward the objective lens unit 160 (first path), and the other part is adjusted to be irradiated to the beam dump 125 (second path). It plays a role. The scheme may be an Acoustic Optic Modulator (AOM) or an Electro Optic Modulator (EOM).

광학변조기(120)는 일반적으로 사용되는 셔터나 모터 구동 미러에 비하여 빠른 응답성을 가지는 경우가 있으므로, 고속으로 레이저 가공 시간을 제어하기에 적합할 수 있다. 본 실시예에서는 광학변조기(120)의 응답시간이 110 ns/mm 이내이며, 추후 설명할 위치 측정부에서 측정한 목표물의 위치와 연동하여 원하는 가공시간 동안만 개방 후 폐쇄가 가능하고, 이 경우 가공시간은 수 마이크로 초에서 수 초까지 목표물에 따라 다양하게 정해질 수 있다.Since the optical modulator 120 may have a faster response than a shutter or a motor driving mirror generally used, the optical modulator 120 may be suitable for controlling the laser processing time at a high speed. In this embodiment, the response time of the optical modulator 120 is within 110 ns / mm, and can be closed after opening only for a desired processing time in conjunction with the position of the target measured by the position measuring unit, which will be described later. The time can vary from a few microseconds to a few seconds depending on the target.

여기서, 조절 대상이 되는 레이저 빔의 양은 레이저 펄스의 수, 조사 시간 등 중 하나 이상일 수 있다. 레이저 펄스의 수를 조절하는 경우 레이저 발생부(110)로부터 발생된 레이저 빔의 펄스 중 기판(100)의 가공에 필요한 만큼 혹은 그 이상의 펄스를 대물렌즈부(160)에 이르는 경로로, 나머지 펄스를 바이패스 경로와 같은 다른 경로(본 실시예에서는 빔 덤프(125)로의 경로)로 분기시킴으로써 펄스의 양을 조절하게 된다. 레이저 발생부(110)로부터 발생된 레이저 빔의 펄스의 수가 자연수 단위인 경우, 광학변조기(120)는 펄스의 개수 즉, 수량을 분리함으로써 펄스의 양을 조절하는 것이 가능하다. 조사 시간을 조절하는 경우는 레이저 빔이 연속파 모드인 경우에 해당하며, 미리 설정된 조사 시간 혹은 추가적으로 소정의 임계치 이상의 시간 동안만 레이저 빔이 대물렌즈부(160)에 이르는 경로로 진행할 수 있도록 경로를 설정한다. Here, the amount of the laser beam to be adjusted may be one or more of the number of laser pulses, irradiation time, and the like. In the case of adjusting the number of laser pulses, the pulses of the laser beam generated from the laser generation unit 110 are routed to the objective lens unit 160 as much or more pulses necessary for the processing of the substrate 100, and the remaining pulses are The amount of pulse is controlled by branching to another path, such as the bypass path (in this embodiment, the path to the beam dump 125). When the number of pulses of the laser beam generated from the laser generator 110 is a natural number unit, the optical modulator 120 may adjust the amount of pulses by separating the number of pulses, that is, the quantity. In the case of adjusting the irradiation time, the laser beam is in the continuous wave mode, and the path is set so that the laser beam travels to the objective lens unit 160 only for a predetermined irradiation time or additionally a predetermined time or more. do.

광학변조기(120)에는 목표물의 크기에 따라 이를 가공하는데 필요한 양의 레이저 펄스를 계산하고, 계산된 양에 상응하는 레이저 펄스가 대물렌즈부(160)로 향하도록 광학변조기(120)의 작동을 제어하는 변조 제어부(미도시)가 부가될 수 있다. 변조 제어부는 광학변조기(120)와 일체로 구성될 수 있고, 별도의 장치로 연결될 수도 있으며, 레이저 가공장치 전체를 제어하는 가공장치 제어부(미도시)에 통합되어 구성될 수도 있다. The optical modulator 120 calculates the amount of laser pulses required to process the target according to the size of the target, and controls the operation of the optical modulator 120 to direct the laser pulse corresponding to the calculated amount to the objective lens unit 160. Modulation control unit (not shown) may be added. The modulation control unit may be integrated with the optical modulator 120, may be connected to a separate device, or may be integrated into a processing unit control unit (not shown) for controlling the entire laser processing apparatus.

즉, 광학변조기(120)는 조사 시간에 대응하는 변조 제어부로부터의 온/오프 신호에 따라 레이저 빔의 진행 경로를 결정할 수 있다. 즉, 온 신호가 인가된 경우 레이저 발생부(110)로부터의 레이저 빔을 대물렌즈부(160)로 편향시키고, 오프 신호가 인가된 경우 레이저 빔을 빔 덤프(125)로 편향시킴으로써 레이저 빔의 경로를 분리시킬 수 있다. That is, the optical modulator 120 may determine the path of travel of the laser beam according to the on / off signal from the modulation controller corresponding to the irradiation time. That is, the path of the laser beam is deflected by deflecting the laser beam from the laser generating unit 110 to the objective lens unit 160 when the on signal is applied, and deflecting the laser beam to the beam dump 125 when the off signal is applied. Can be separated.

스캐너(150)는 초점 조정부에 해당하는 것으로, 레이저 빔의 초점을 가공면 상에서 미세하게 수평 이동시킨다. 스캐너(150)는 두 개의 미러가 대향하여 설치된 갈바노 미러(Galvano mirror)일 수 있다. The scanner 150 corresponds to a focus adjusting unit, and finely horizontally moves the focus of the laser beam on the processing surface. The scanner 150 may be a galvano mirror installed with two mirrors facing each other.

제1 갈바노 미러는 레이저 빔을 수광하여 반사시키고 제1 축을 중심으로 회전한다. 제2 갈바노 미러는 제1 축과는 다른 제2 축을 중심으로 회전하면서 제1 갈바노 미러로부터 반사된 레이저 빔을 수광하여 반사시킨다. 따라서, 제1 축과 제2 축이 이루는 각도, 제1 갈바노 미러의 회전 정도, 제2 갈바노 미러의 회전 정도를 조절함으로써 레이저 빔이 스테이지부(170) 상의 원하는 지점에 조사되도록 하는 것이 가능하다. The first galvano mirror receives and reflects the laser beam and rotates about the first axis. The second galvano mirror receives and reflects a laser beam reflected from the first galvano mirror while rotating about a second axis different from the first axis. Therefore, the laser beam can be irradiated to a desired point on the stage unit 170 by adjusting the angle between the first and second axes, the degree of rotation of the first galvano mirror, and the degree of rotation of the second galvano mirror. Do.

스캐너(150)가 레이저 빔을 특정 지점에 위치시킨 후 대물렌즈부(160)는 초점이 미세하게 조정된 레이저 빔을 집광하여 가공하고자 하는 목표물에 조사한다. 여기서, 대물렌즈부(160)는 하나의 대물렌즈로 구성될 수도 있고, 볼록렌즈, 오목렌즈 등 여러 개의 렌즈군이 모여 구성될 수도 있으며, 또는 하나 이상의 렌즈와 기타 광학계의 조합으로 구성될 수도 있다. After the scanner 150 positions the laser beam at a specific point, the objective lens unit 160 collects the laser beam with finely adjusted focus and irradiates a target to be processed. Here, the objective lens unit 160 may be composed of a single objective lens, a plurality of lens groups such as a convex lens, a concave lens may be composed of, or may be composed of a combination of one or more lenses and other optical systems. .

스캐너(150)에는 목표물의 위치에 따라 레이저 빔이 해당 위치로 조사될 수 있도록 스캐너(150)의 작동을 제어하는 스캐너 제어부(미도시)가 부가될 수 있다. 스캐너 제어부는 스캐너(150)와 일체로 구성될 수 있고, 별도의 장치로 연결될 수도 있으며, 레이저 가공장치 전체를 제어하는 가공장치 제어부에 통합되어 구성될 수도 있다. The scanner 150 may be provided with a scanner controller (not shown) for controlling the operation of the scanner 150 so that the laser beam can be irradiated to the corresponding position according to the position of the target. The scanner controller may be integrally formed with the scanner 150, may be connected to a separate device, or may be integrated with a processing unit controller for controlling the entire laser processing apparatus.

본 실시예에서 기판(100)의 목표물을 제거 혹은 파괴하기 위해서는 목표물의 위치, 형태, 크기, 높이 등을 측정해야 하며, 레이저 빔이 목표물 부위에 정확 히 조사될 수 있도록 대물렌즈부(160)의 초점이 맞아야 한다.In this embodiment, in order to remove or destroy the target of the substrate 100, the position, shape, size, height, etc. of the target should be measured, and the objective of the objective lens unit 160 may be accurately irradiated to the target portion of the laser beam. It should be in focus.

이를 위해 촬상카메라를 사용하여 목표물을 촬영하고, 촬영된 정보를 수신하여 목표물의 위치를 파악할 수 있는 위치 측정부(미도시)가 부가될 수 있다. 위치 측정부는 전술한 변조 제어부 또는 스캐너 제어부와 마찬가지로 다른 장치와 일체로 또는 별도로 형성될 수 있으며, 가공장치 제어부에 통합되어 구성될 수 있다. 본 실시예는 위치 측정부는 촬상카메라를 사용하여 위치를 측정하는 모든 장치를 포함할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 촬상카메라로부터 신호를 수신하여 대물렌즈부(160)의 초점을 맞추는 자동 초점 시스템(Auto focus system)이 부가될 수도 있다. To this end, a position measuring unit (not shown) capable of capturing a target by using an image pickup camera and receiving the photographed information to determine the position of the target may be added. Like the above-described modulation control unit or scanner control unit, the position measuring unit may be formed integrally with or separately from other devices, and may be integrated with the processing unit control unit. In this embodiment, the position measuring unit may include all the devices for measuring the position using the imaging camera, a detailed description thereof will be omitted. In addition, an auto focus system for receiving a signal from the imaging camera and focusing the objective lens unit 160 may be added.

스테이지부(170)는 가공대상물인 기판(100)을 올려 놓기 위한 부분으로, 정확한 위치 및 초점을 조절할 수 있도록 하기 위해 대물렌즈부(160)에 대한 거리 및/또는 위치가 조절될 수 있다. 이를 위해 스테이지부(170)는 이동, 회전 등이 가능하도록 하는 기구적 구성요소가 추가될 수 있다. The stage unit 170 is a portion for placing the substrate 100 to be processed, and the distance and / or position with respect to the objective lens unit 160 may be adjusted to adjust the exact position and focus. To this end, the stage unit 170 may be added a mechanical component that allows movement, rotation, and the like.

레이저 빔의 경로는 레이저 발생부(110)로부터 광학변조기(120), 빔 확대기(140), 스캐너(150), 대물렌즈부(160)를 거쳐 스테이지부(170) 상의 기판(100)으로 향하도록 설정되어 있으며, 레이저 가공장치의 구성에 따라 해당 경로는 변경될 수 있고 이를 위해 반사거울(130)이 사용된다.The path of the laser beam is directed from the laser generator 110 to the substrate 100 on the stage 170 through the optical modulator 120, the beam expander 140, the scanner 150, and the objective lens unit 160. The path is changed according to the configuration of the laser processing apparatus, and the reflection mirror 130 is used for this purpose.

빔 차단부(180)는 레이저 빔의 경로 상에서 광학변조기(120)와 대물렌즈부(160) 사이의 임의의 위치에 배치되어 소정 조건의 충족 여부에 따라 레이저 빔의 진행을 차단하거나 허용한다. 빔 차단부(180)는 간단한 기구적 구성으로 빠른 반응 시간을 가지는 셔터(shutter) 혹은 모터에 의해 구동되는 미러(mirror)일 수 있다. 셔터는 해당 경로 상에 진행하는 레이저 빔에 대하여 그 진행을 허용하거나 차단하는 장치이고, 미러는 레이저 빔에 대하여 그 진행 방향을 조절하여 원하는 경로로 진행하도록 하거나 다른 경로로 진행하도록 한다. The beam blocking unit 180 is disposed at an arbitrary position between the optical modulator 120 and the objective lens unit 160 on the path of the laser beam to block or allow the progress of the laser beam depending on whether a predetermined condition is satisfied. The beam blocking unit 180 may be a shutter or a mirror driven by a motor having a fast response time with a simple mechanical configuration. The shutter is a device that allows or blocks the progress of the laser beam traveling on the path, and the mirror adjusts the traveling direction with respect to the laser beam so as to proceed in the desired path or proceed in another path.

광학변조기(120)는 전술한 것과 같이 응답시간은 빠르지만, 해당 응답시간에 필요로 하는 효율을 유지하기 위해서는 소정의 가동시간을 가지도록 요구된다. 즉, 광학변조기(120)는 변조 제어부로부터 제어 신호가 인가된 시점에서 레이저 빔의 양을 조절하기 위한 소정의 워밍업 시간을 가진다. 이러한 워밍업 시간 동안에는 광학변조기(120)를 통해 대물렌즈부(160)로 향하는 레이저 빔의 각 펄스는 정상 상태(steady state)의 에너지 강도가 아닌 천이 상태(transition state)의 에너지 강도를 가지게 된다. 이러한 이유로 광학변조기(120)에서 레이저 빔의 양을 조절할 때 소정의 조사 시간 동안 목표물에 조사되는 레이저 빔이 일정한 에너지 강도를 가지지 못하게 되어 미세한 에너지 조절이 용이하지 않을 수 있다. 즉, 조사 시간의 초기에 조사된 레이저 펄스의 에너지 강도와 중기 또는 후기에 조사된 레이저 펄스의 에너지 강도가 달라 미세 가공을 함에 있어서 안정적이지 않을 수 있다. As described above, the optical modulator 120 has a fast response time, but is required to have a predetermined operating time in order to maintain the efficiency required for the response time. That is, the optical modulator 120 has a predetermined warm-up time for adjusting the amount of the laser beam at the time when the control signal is applied from the modulation controller. During this warm-up time, each pulse of the laser beam directed to the objective lens unit 160 through the optical modulator 120 has an energy intensity of a transition state rather than a steady state energy intensity. For this reason, when adjusting the amount of the laser beam in the optical modulator 120, the laser beam irradiated to the target for a predetermined irradiation time does not have a constant energy intensity may not be easy to fine energy control. That is, the energy intensity of the laser pulse irradiated at the beginning of the irradiation time and the energy intensity of the laser pulse irradiated in the middle or late stage may be different, and thus may not be stable in the micro machining.

또한, 가동 효율이 유지되도록 상태가 안정화된 이후에 다시 초기의 안정화되지 않은 상태로 돌아가는 데에도 일정한 시간이 소요되므로, 안정화가 유지될 수 있는 시간 동안에 가공이 이루어질 수 있도록 하기 위해 본 발명에서는 빔 차단부(180)를 이용함으로써 광학변조기(120)를 거친 레이저 빔에 대하여 보다 미세한 에너지 조절이 될 수 있도록 한다. In addition, since it takes a certain time to return to the initial unstabilized state after the state is stabilized so that the operation efficiency is maintained, in the present invention, in order to allow processing to be performed during the time that stabilization can be maintained, By using the unit 180, finer energy control can be made to the laser beam that has passed through the optical modulator 120.

소정의 워밍업 시간과 관련하여 예열 기능을 사용하기 전의 광학변조기(120)의 가동 시간에 따른 광학변조기(120)의 AOM 효율이 표 1에 나타나 있다. 여기서, AOM 효율은 입사광에 대한 1차(1st order) 광의 비율을 의미한다. 하기 표 1을 참조하면, 광학변조기(120)의 초기 동작 상태 안정화 도입 시간은 120초 내외에서 가능하다. The AOM efficiency of the optical modulator 120 according to the operating time of the optical modulator 120 before using the preheating function in relation to the predetermined warm-up time is shown in Table 1. Here, the AOM efficiency refers to the ratio of first order light to incident light. Referring to Table 1 below, the initial operation state stabilization introduction time of the optical modulator 120 is possible within about 120 seconds.

AOM ON 후 시간Time after AOM ON AOM 효율AOM efficiency 0.5 초0.5 sec 79%79% 20 초20 sec 82%82% 40 초40 sec 84%84% 60 초60 sec 86%86% 120 초120 sec 88%88%

광학변조기(120)가 예열 기능을 사용한 후에 광학변조기(120)의 가동 시간에 따른 광학변조기(120)의 AOM 효율이 표 2에 나타나 있다. 예열 기능을 사용하기 전과는 달리 매우 짧은 시간 이내에 광학변조기(120)가 원하는 AOM 효율을 획득할 수 있음을 확인할 수 있다. Table 2 shows the AOM efficiency of the optical modulator 120 according to the operating time of the optical modulator 120 after the optical modulator 120 uses the preheating function. Unlike before the preheating function, it can be seen that the optical modulator 120 can obtain the desired AOM efficiency within a very short time.

AOM ON 후 시간Time after AOM ON AOM 효율AOM efficiency 0.5 초0.5 sec 87%87% 20 초20 sec 88%88% 40 초40 sec 88%88% 60 초60 sec 88%88% 120 초120 sec 88%88%

또한, 충분히 광학변조기(120)의 온 상태에서 예열되도록 한 후 광학변조기(120)를 오프(Off) 상태로 일정 시간 유지했을 때 광학변조기(120)에 온 신호를 인가한 직후의 AOM 효율이 표 3에 나타나 있다. 오프 상태의 유지시간이 길어질수록 온 신호를 인가한 직후의 AOM 효율이 떨어짐을 확인할 수 있다. 즉, 오프 상태의 유지시간이 길어질 경우 이전의 광학변조기(120)에서의 예열 효과가 사라짐을 알 수 있다. In addition, the AOM efficiency immediately after applying the on-signal to the optical modulator 120 when the optical modulator 120 is sufficiently warmed in the on state of the optical modulator 120 and then the optical modulator 120 is maintained in the off state for a predetermined time is shown in the table. It is shown in 3. It can be seen that the longer the holding time in the off state, the lower the AOM efficiency immediately after applying the on signal. That is, it can be seen that the preheating effect of the previous optical modulator 120 disappears when the holding time of the off state is long.

AOM Off 상태 유지시간AOM Off State Hold Time AOM ON 시작시 효율Efficiency at AOM ON Startup 2 초2 sec 88%88% 5 초5 sec 87%87% 10 초10 sec 85%85% 30 초30 sec 82%82% 60 초60 sec 80%80% 300 초300 sec 79%79%

따라서, 광학변조기(120)가 초기 동작 상태에서 안정화 상태에 진입된 이후에는 광학변조기(120)를 오프시키지 않고 온 상태를 유지하도록 예열 기능을 사용하고 빔 차단부(180)를 이용하여 레이저 빔의 진행을 제어함으로써 짧은 시간 내에 안정적인 가동 효율을 획득할 수 있다. Therefore, after the optical modulator 120 enters the stabilization state in the initial operating state, a preheating function is used to maintain the on state without turning off the optical modulator 120 and the beam block unit 180 may be used to By controlling the progress, stable operating efficiency can be obtained in a short time.

이를 위해 광학변조기(120)는 목표물의 수정 혹은 제거를 위해 필요로 하는 조사 시간에 대응하는 레이저 빔의 양보다 소정 임계치 이상의 레이저 빔이 대물렌즈부(160)로 향하도록 레이저 빔의 양을 조절한다. 또는 광학변조기(120)는 해당 가공대상물에서의 레이저 가공 시 계속 온(ON) 상태에 있도록 하여 레이저 발생부(110)로부터 발진한 레이저 빔이 대물렌즈부(160)로 향하도록 할 수 있다. To this end, the optical modulator 120 adjusts the amount of the laser beam so that the laser beam more than a predetermined threshold is directed to the objective lens unit 160 than the amount of the laser beam corresponding to the irradiation time required for correcting or removing the target. . Alternatively, the optical modulator 120 may be in the ON state during laser processing of the processing object so that the laser beam oscillated from the laser generator 110 may be directed to the objective lens unit 160.

빔 차단부(180)는 광학변조기(120)와 대물렌즈부(160) 사이의 레이저 빔 진행 경로 상에 배치되어 레이저 빔의 진행을 차단한다. 수정 혹은 제거될 목표물의 위치에 따라 스캐너(150)가 작동하여 레이저 빔이 해당 목표물로 조사될 수 있도록 제어된 이후, 빔 차단부(180)는 목표물의 수정 혹은 제거를 위해 필요로 하는 조사 시간 동안만 레이저 빔이 원 경로로 진행될 수 있도록 허용하고 그 외 시간 동안은 레이저 빔의 원 경로로 진행할 수 없도록 차단한다. The beam blocking unit 180 is disposed on a laser beam propagation path between the optical modulator 120 and the objective lens unit 160 to block the progress of the laser beam. After the scanner 150 is operated according to the position of the target to be corrected or removed and controlled so that the laser beam can be irradiated to the target, the beam blocking unit 180 may perform the irradiation time required for correcting or removing the target. Only allow the laser beam to travel in the original path and block the laser beam from traveling in the original path for any other time.

빔 차단부(180)는 셔터 혹은 미러와 같은 간단한 기구적 구성으로 이루어져 있어 광학변조기(120)와 같은 안정화 도입 시간 즉, 위밍업 시간을 필요치 않는다. 따라서, 레이저 빔 진행의 차단 시점과 허용 시점에서 매우 짧은 천이 상태를 가질 뿐이며, 이에 따라 필요로 하는 양만큼의 레이저 빔 즉, 허용 시점과 차단 시점 사이에 진행이 허용되는 레이저 빔(극초단 레이저 펄스)만이 목표물에 조사되도록 하여 원하는 수준의 정밀 가공 효과를 얻을 수 있다. The beam blocking unit 180 has a simple mechanical configuration such as a shutter or a mirror, and thus does not require a stabilization introduction time, that is, a warm-up time, such as the optical modulator 120. Therefore, the laser beam only has a very short transition state at the time of interruption and allowance of the laser beam propagation, and accordingly, the laser beam is allowed to travel between the allowable time and the interruption time as much as necessary. ) Can be irradiated to the target to achieve the desired level of precision machining effect.

빔 차단부(180)에는 목표물의 크기에 따라 이를 가공하는데 필요한 양의 레이저 펄스를 계산하고, 계산된 양만큼의 레이저 펄스만 대물렌즈부(160)로 향하도록 빔 차단부(180)의 작동을 제어하는 차단 제어부(미도시)가 부가될 수 있다. 차단 제어부는 빔 차단부(180)와 일체로 구성될 수 있고, 별도의 장치로 연결될 수도 있으며, 레이저 가공장치 전체를 제어하는 가공장치 제어부에 통합되어 구성될 수도 있다. The beam blocking unit 180 calculates an amount of laser pulses necessary for processing the same according to the size of the target, and operates the beam blocking unit 180 to direct only the calculated amount of laser pulses to the objective lens unit 160. A blocking control unit (not shown) for controlling may be added. The blocking control unit may be integrally formed with the beam blocking unit 180, may be connected by a separate device, or may be integrated with the processing unit control unit that controls the entire laser processing apparatus.

본 실시예에서 레이저 발생부(110), 광학변조기(120), 스캐너(150), 스테이지부(170), 빔 차단부(180) 등의 구동을 전반적으로 제어하기 위한 가공장치 제어부가 구비될 수 있다. 가공장치 제어부는 CPU, ROM, RAM을 포함하는 통상의 컴퓨터일 수 있으며, 촬상카메라, 위치 측정부를 통해 가공하고자 하는 목표물을 확인하고, 제어 신호의 출력을 통해 레이저 빔의 발생, 레이저 빔의 변조, 조사 위치 선정, 초점 거리 이동, 스테이지부의 이동과 회전, 레이저 빔의 차단, 차단/허용 시점 등을 제어할 수 있다. In this embodiment, the processing unit controller for controlling the overall driving of the laser generator 110, the optical modulator 120, the scanner 150, the stage unit 170, the beam blocking unit 180, etc. may be provided. have. The processing unit controller may be a conventional computer including a CPU, a ROM, and a RAM, and checks a target to be processed through an imaging camera and a position measuring unit, and generates a laser beam, modulates a laser beam, and outputs a control signal. It is possible to control irradiation position selection, focal length movement, movement and rotation of the stage portion, blocking of the laser beam, and blocking / permitting timing.

또한, 본 실시예에서 레이저 가공장치의 가공대상이 되는 기판(100)의 재질에 따라 흡수가 잘되는 파장영역의 레이저 빔을 사용하는 것이 좋다. 이를 위해 레이저 발생부(110)에서 발생된 레이저 빔을 광학변조기(120)에 의해 변조하거나 빔 차단부(180)에 의한 미세 조정을 통해 필요한 양만큼 분리하기 전에 레이저 빔의 파장을 변환시키는 파장변환기(미도시)가 개재될 수 있다. 본 실시예에서 파장변환기는 레이저 빔의 파장을 변환시키는 모든 장치를 포함할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.In addition, according to the present embodiment, it is preferable to use a laser beam in a wavelength region with good absorption depending on the material of the substrate 100 to be processed in the laser processing apparatus. To this end, a wavelength converter for converting the wavelength of the laser beam before the laser beam generated by the laser generator 110 is modulated by the optical modulator 120 or separated by a necessary amount through the fine adjustment by the beam blocker 180. (Not shown) may be interposed. In this embodiment, the wavelength converter may include any device for converting the wavelength of the laser beam, and a detailed description thereof will be omitted.

파장변환기는 레이저 발생부(110)로부터 발생된 레이저 빔을 수광하여 적절한 파장의 레이저 빔으로 변환한다. The wavelength converter receives the laser beam generated from the laser generator 110 and converts the laser beam into a laser beam having an appropriate wavelength.

본 실시예에서 레이저 발생부(110), 광학변조기(120), 반사거울(130), 빔 확대기(140), 스캐너(150), 대물렌즈부(160), 빔 차단부(180)는 광학적으로 연결되어 있다. 광학적 현상은 광의 반사, 회절, 굴절 등 다양한 현상이 있으며, 여기에서 '광학적으로 연결된다'는 의미는 다양한 광학적 현상에 의해 한쪽 구성요소에서 출사된 광을 다른 쪽 구성요소에서 수광하는 관계에 있음을 의미한다.In the present embodiment, the laser generator 110, the optical modulator 120, the reflection mirror 130, the beam expander 140, the scanner 150, the objective lens unit 160, and the beam blocking unit 180 are optically It is connected. Optical phenomena include various phenomena such as reflection, diffraction, and refraction of light. Here, 'optically connected' means that light emitted from one component by various optical phenomena is received by the other component. it means.

상술한 레이저 가공장치를 이용한 레이저 가공방법에 대하여 도 2를 참조하여 상세히 설명하기로 한다. A laser processing method using the above laser processing apparatus will be described in detail with reference to FIG. 2.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공방법의 순서도이다. 2 is a flow chart of a laser processing method according to an embodiment of the present invention.

단계 200에서 레이저 발생부(110)는 소정 펄스 폭을 가지는 레이저 빔을 발생시킨다. 여기서, 레이저 빔은 전술한 바와 같이 미세한 정밀 가공을 위한 극초단 레이저 펄스를 가질 수 있다. In operation 200, the laser generator 110 generates a laser beam having a predetermined pulse width. Here, the laser beam may have an ultra-short laser pulse for fine precision processing as described above.

단계 210에서 광학변조기(120)는 레이저 발생부(110)로부터 발진된 레이저 빔에 대하여 변조 과정을 통해 제1 경로로 분리한다. 제1 경로는 광학변조기(120)로부터 스테이지부(170) 상에 거치된 가공대상물까지의 경로를 의미한다. In operation 210, the optical modulator 120 separates the laser beam oscillated from the laser generator 110 into the first path through a modulation process. The first path means a path from the optical modulator 120 to the object to be mounted on the stage unit 170.

단계 220에서 레이저 빔으로 가공하고자 하는 목표물의 위치를 측정한다. In step 220, the position of the target to be processed by the laser beam is measured.

단계 230에서 측정된 목표물의 위치에 대응하여 스캐너(150)를 조정하여 해당 위치로 레이저 빔이 조사되도록 설정한다. 스캐너(150)는 조사 시간 동안 목표물 전체에 대하여 레이저 빔이 고르게 조사될 수 있도록 미세 구동이 되는 것이 바람직하다. The scanner 150 is adjusted to correspond to the position of the target measured in step 230 so that the laser beam is irradiated to the corresponding position. The scanner 150 may be finely driven so that the laser beam is uniformly irradiated to the entire target during the irradiation time.

빔 차단부(180)는 기본적으로 제1 경로 상에 배치되어 레이저 빔의 진행을 차단하고 있다. 목표물의 위치가 측정되어 스캐너(150)가 해당 목표물로 레이저 빔이 조사될 수 있도록 조정된 경우에, 단계 240에서 소정의 조사 조건에 따른 시간 동안 레이저 빔이 제1 경로를 따라 계속 진행할 수 있도록 허용한다. 여기서, 조사 조건에 따른 시간은 레이저 빔의 진행 허용 시점부터 차단 시점까지의 시간으로 미리 설정되어 있거나 해당 목표물의 크기에 의해 결정되며, 레이저 빔이 목표물에 조사되는 시간 혹은 그에 상응하는 레이저 펄스의 수이다. The beam blocking unit 180 is basically disposed on the first path to block the progress of the laser beam. If the position of the target has been measured and the scanner 150 has been adjusted to irradiate the laser beam to the target, then allowing the laser beam to continue along the first path for a time in accordance with the predetermined irradiation condition in step 240. do. Here, the time according to the irradiation condition is set in advance or is determined by the size of the target object from the time point at which the laser beam is allowed to proceed to the blocking time, and the time when the laser beam is irradiated to the target or the number of laser pulses corresponding thereto. to be.

단계 250에서 대물렌즈부(160)는 제1 경로로 진행되어 빔 차단부(180)에 의해 진행이 허용된 레이저 빔을 집광하여 목표물에 조사되도록 한다. 소정 시간 동안의 레이저 빔 조사에 의해 목표물은 수정되거나 제거된다. In operation 250, the objective lens unit 160 proceeds to the first path to collect the laser beam allowed to proceed by the beam blocking unit 180 to irradiate the target object. The target is corrected or removed by laser beam irradiation for a predetermined time.

하나의 기판(100)에 대하여 다수의 목표물이 있을 수 있으며, 이 경우 단계 220 내지 단계 250은 반복 수행될 수 있다. There may be a plurality of targets for one substrate 100, in which case steps 220 to 250 may be repeated.

다른 실시예에서는 단계 220을 한번 수행함으로써 다수의 목표물에 대한 위치를 동시에 측정할 수 있다. 이 경우 하나의 목표물에 대하여 레이저 가공이 완료된 후 목표물의 위치를 측정할 필요 없이 바로 다음 위치의 목표물에 대하여 레이저 가공을 수행하면 된다. In another embodiment, the step 220 may be performed once to measure the positions of multiple targets simultaneously. In this case, after laser processing is completed for one target, the laser processing may be performed on the target at the next position without measuring the position of the target.

본 발명은 레이저 가공장치를 이용하여 액정표시장치의 휘점 결함 수정 시 휘점 픽셀을 암점화시킴으로써 기판 결함을 수정할 수 있다. According to the present invention, substrate defects can be corrected by darkening the point pixels when correcting the point defects of the liquid crystal display using a laser processing apparatus.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 픽셀 영역에 조사되는 레이저 빔을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 결함이 수정된 액정표시장치의 컬러필터를 픽셀 종류 별로 도시한 도면이다. 3 is a diagram illustrating a laser beam irradiated onto a pixel area of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a pixel type of a color filter of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment. It is a figure shown separately.

도 3을 참조하면, 액정표시장치는 상부 기판(300), 하부 기판(302), 액정층(304), 블랙 매트릭스(312), 컬러필터(315)를 포함한다. Referring to FIG. 3, the LCD includes an upper substrate 300, a lower substrate 302, a liquid crystal layer 304, a black matrix 312, and a color filter 315.

컬러필터(315)에 대한 레이저 빔 조사는 다양한 방법으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 레이저 빔이 컬러필터(315)에 대해 소정 지점 간격으로 순차적으로 조사된다. The laser beam irradiation on the color filter 315 may be performed in various ways. Preferably, the laser beam is sequentially irradiated onto the color filter 315 at predetermined point intervals.

예를 들어, 상술한 가공장치 제어부는 스캐너(150)를 통해 레이저 빔의 초점을 컬러필터의 한 지점으로 이동시킨다. 이후 빔 차단부(120)를 제어하여 해당 지점에 미리 설정된 조사 시간 동안 혹은 미리 설정된 펄스 수만큼 레이저 빔을 조사한다. 해당 지점에서의 레이저 빔 조사가 완료되면 광학변조기(120)에 오프 신호를 인가하여 일정 시간 동안 머문 다음 다시 스캐너(150)를 통해 레이저 빔의 초점을 다음 지점으로 이동시키고 레이저 빔을 조사한다. For example, the above-described processing unit controller moves the focus of the laser beam to a point of the color filter through the scanner 150. Thereafter, the beam blocking unit 120 is controlled to irradiate a laser beam for a predetermined irradiation time or a predetermined number of pulses at a corresponding point. When the irradiation of the laser beam at the corresponding point is completed, the OFF signal is applied to the optical modulator 120 to stay for a predetermined time, and then, the scanner 150 moves the focus of the laser beam to the next point and irradiates the laser beam.

이 경우 스캐너(150)는 레이저 빔을 결함 픽셀에 상응하는 컬러 필터의 단변과 평행한 방향, 장변과 평행한 방향, 중앙부로부터 외곽으로의 방향 등으로 조사할 수 있다. 픽셀의 형상에 따라 또는 주변 픽셀에의 영향을 적게 하는 방향으로 진행하면서 물방울 떨어뜨리듯이 레이저 빔이 조사되도록 할 수 있다. In this case, the scanner 150 may irradiate the laser beam in a direction parallel to the short side of the color filter corresponding to the defective pixel, a direction parallel to the long side, and a direction from the center to the outside. Depending on the shape of the pixel or in the direction of less influence on the surrounding pixels, the laser beam may be irradiated as if the water droplets are dropped.

도 4를 참조하면, 암점화된 녹색 컬러필터(410), 암점화된 청색 컬러필터(420), 암점화된 적색 컬러필터(430), 암점화된 컬러필터 주변 픽셀(435)이 도시되어 있다. 색상별로 암점화된 컬러필터는 주변 픽셀의 휘점화 현상 없이 휘점 결함을 수정할 수 있다. Referring to FIG. 4, a darkened green color filter 410, a darkened blue color filter 420, a darkened red color filter 430, and a darkened color filter peripheral pixel 435 are illustrated. . Color filters darkened by color can correct spot defects without causing the surrounding pixels to brighten.

또한, 본 발명은 레이저 가공장치를 이용하여 액정표시장치의 돌기 결함 수정 시 돌기를 제거함으로써 기판 결함을 수정하게 할 수 있다. 액정표시장치 중 컬러필터 기판의 제조 공정 중에 공기 중에 있는 이물 등이 각각의 재료에 혼입되고, 이후 공정에서 이러한 이물 위로 포토레지스트나 오버코트 등이 도포되어 돌기 형상의 결함이 발생한다. 위치 측정부를 이용하여 돌기의 위치, 형태, 크기 등을 측정한다. 돌기의 크기는 3차원 비접촉 높이 측정 등 다양한 방법으로 측정될 수 있으며, 이 측정값을 기초로 하여 레이저 빔의 양을 계산한다. 계산된 결과에 따라 빔 차단부(180)는 기계적으로 구동시켜 필요한 양만큼의 레이저 빔에 대해서만 진행을 허용하고 나머지는 진행을 차단한다. 이 경우 광학변조기(120)는 필요로 하는 양 이상의 레이저 빔이 해당 경로를 따라 빔 차단부(180)까지 진행하도록 한다. 위치 측정부에서 측정된 위치를 기초로 하여 스캐너(150)가 구동되어 대물렌즈부(160)를 통과한 레이저 빔이 돌기에 조사되도록 한다. 빔 차단부(180)의 기계적인 구동에 의해 광학변조기(120)에서의 워밍업 시간에 따른 불안정한 에너지 전달을 방지하고 정밀 가공 작업이 가능하도록 한다. In addition, the present invention can be used to correct the substrate defect by removing the projection when the projection defect correction of the liquid crystal display device using a laser processing apparatus. In the liquid crystal display device, foreign matters in the air and the like are mixed with the respective materials during the manufacturing process of the color filter substrate, and in the subsequent process, a photoresist, an overcoat, and the like are applied onto the foreign matters, thereby causing protrusion defects. Measure the position, shape, size, etc. of the protrusion using the position measuring unit. The size of the protrusion can be measured by various methods such as three-dimensional non-contact height measurement, and the amount of laser beam is calculated based on the measured value. According to the calculated result, the beam blocking unit 180 is mechanically driven to allow the propagation only for the required amount of laser beams, and the others block the propagation. In this case, the optical modulator 120 allows the laser beam more than necessary to travel to the beam blocking unit 180 along the corresponding path. The scanner 150 is driven based on the position measured by the position measuring unit so that the laser beam passing through the objective lens unit 160 is irradiated to the projection. The mechanical driving of the beam blocking unit 180 prevents unstable energy transfer due to the warm-up time in the optical modulator 120 and enables precision machining operation.

또한, 본 발명은 레이저 가공장치를 이용하여 반도체 웨이퍼 공정 중 패터닝에서 원래 설계로부터 달라진 경우 퓨즈와 같은 역할을 하는 회로의 연결부분 즉, 링크를 제거함으로써 대체될 수 있는 잉여 회로로 연결시켜 재생 가능하게 할 수 있다. 여기서, 링크의 크기는 다양하며 그 형태가 긴 형상을 하고 있고 또한 링크와 링크는 매우 가까운 간격을 유지하고 있다. 본 실시예에 따른 레이저 가공장치를 이용하여 제거하고자 하는 링크에 빔 차단부(180)에 의해 허용된 시간 동안만 레이저 빔이 조사되도록 함으로써 해당 링크를 효율적으로 제거하는 정밀 가공 작업의 효과를 얻을 수 있다. In addition, the present invention is reproducible by connecting to a redundant circuit that can be replaced by removing a connection portion of a circuit that acts like a fuse when the pattern is changed from the original design in a semiconductor wafer process using a laser processing apparatus. can do. Here, the size of the link is varied, the shape of the link is long, and the link and the link maintain a very close distance. The laser beam is irradiated to the link to be removed using the laser processing apparatus according to the present embodiment only for the time allowed by the beam blocking unit 180, so that the effect of precision machining to efficiently remove the link can be obtained. have.

본 발명이 액정표시장치용 컬러필터 기판의 수정, 반도체 웨이퍼 공정 중 링크 제거에 적용되는 경우에 한하여 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 종류의 기판은 물론이고, 극초단 펄스 레이저를 이용하여 물체의 손상을 최소화하고, 보다 미세하고 정밀한 구조물 및 패턴과 형상을 요구하는 3차원 미세 가공분야에 적용할 수 있다.Although the present invention has been described only in the case of the modification of the color filter substrate for the liquid crystal display device and the removal of the link during the semiconductor wafer process, the present invention is not limited thereto, as well as other types of substrates, ultra-short pulse lasers are used. It can be applied to 3D micromachining which minimizes damage of the object and demands finer and more precise structures, patterns and shapes.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood that the invention may be varied and varied without departing from the scope of the invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 개략도. 1 is a schematic view of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공방법의 순서도. 2 is a flow chart of a laser processing method according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 픽셀 영역에 조사되는 레이저 빔을 도시한 도면.3 is a diagram illustrating a laser beam radiated to a pixel region of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 결함이 수정된 액정표시장치의 컬러필터를 픽셀 종류 별로 도시한 도면.FIG. 4 is a diagram illustrating color filters for pixel types of a liquid crystal display device in which defects are corrected according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100: 기판 110: 레이저 발생부100: substrate 110: laser generation unit

120: 광학변조기 130: 반사거울120: optical modulator 130: reflective mirror

140: 빔 확대기 150: 스캐너140: beam expander 150: scanner

160: 대물렌즈부 170: 스테이지부160: objective lens unit 170: stage unit

180: 빔 차단부180: beam blocking unit

Claims (14)

레이저 빔을 이용하여 가공대상물의 목표위치를 가공하는 장치에 있어서,In the apparatus for processing the target position of the object to be processed using a laser beam, 극초단 레이저 펄스를 가지는 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생부와;A laser generator for generating a laser beam having an ultra-short laser pulse; 상기 레이저 빔을 제1 경로와 제2 경로로 분리시키는 광학변조기와;An optical modulator separating the laser beam into a first path and a second path; 상기 제1 경로로 분리된 레이저 빔을 집광하여 상기 목표위치에 조사되도록 하는 대물렌즈부와;An objective lens unit focusing the laser beam separated by the first path to irradiate the target position; 상기 가공대상물이 거치되고 상기 대물렌즈부에 대하여 거리 조절이 가능한 스테이지부와;A stage unit on which the object to be processed is mounted and distance adjustable with respect to the objective lens unit; 상기 제1 경로 상에 배치되고 상기 레이저 빔이 상기 목표위치에 상응하는 조사 시간 동안 상기 제1 경로를 따라 진행하도록 허용하는 빔 차단부를 포함하되,A beam blocker disposed on the first path and allowing the laser beam to travel along the first path for an irradiation time corresponding to the target position; 상기 빔 차단부는 상기 광학변조기의 예열 기능 사용 여부에 따라 결정되는 상기 레이저 빔의 레이저 펄스가 정상 상태(steady state)의 에너지 강도를 가지게 되는 워밍업 시간인 동작 상태 안정화 도입 시간이 경과한 후 상기 레이저 빔의 진행을 허용하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.The beam blocking unit is a warm-up time at which the laser pulse of the laser beam, which is determined according to whether the optical modulator uses a preheating function, has a steady state energy intensity. Laser processing apparatus, characterized in that allowing the progress of. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 빔 차단부는 기구적으로 상기 레이저 빔의 진행을 차단하거나 허용하는 셔터(shutter)인 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.And the beam blocking unit is a shutter which mechanically blocks or permits the progress of the laser beam. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 빔 차단부는 상기 레이저 빔이 상기 조사 시간 동안 상기 제1 경로로 진행하고 그 외 시간 동안 제3 경로로 진행하도록 하는 미러(mirror)인 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치. And the beam blocking unit is a mirror to allow the laser beam to travel in the first path during the irradiation time and in the third path for other times. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광학변조기에 의해 상기 제1 경로로 분리되는 레이저 빔의 양은 상기 빔 차단부에 의해 상기 조사 시간 동안 진행이 허용되는 레이저 빔의 양보다 상기 동작 상태 안정화 도입 시간에 상응하는 임계치 이상인 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치. The amount of laser beam split into the first path by the optical modulator is greater than a threshold corresponding to the operating state stabilization introduction time than the amount of laser beam allowed to proceed during the irradiation time by the beam blocking unit. Laser processing equipment. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광학변조기의 예열 기능을 사용한 후의 동작 상태 안정화 도입 시간이 상기 광학변조기의 예열 기능을 사용하기 전의 동작 상태 안정화 도입 시간보다 상대적으로 짧은 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치. And the operation state stabilization introduction time after using the preheating function of the optical modulator is relatively shorter than the operation state stabilization introduction time before using the preheating function of the optical modulator. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 동작 상태 안정화 도입 시간은 상기 광학변조기의 예열 기능을 사용하기 전에는 120초 내외이고, 상기 광학변조기의 예열 기능을 사용한 후에는 20초 이내인 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치. The operating state stabilization introduction time is about 120 seconds before using the preheating function of the optical modulator, and within 20 seconds after using the preheating function of the optical modulator. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 조사 시간은 미리 설정되거나 상기 목표위치의 크기에 대응하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치. The irradiation time is a laser processing apparatus, characterized in that predetermined or corresponding to the size of the target position. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레이저 빔은, 파장이 400 nm, 평균 출력 파워가 100 mW, 빔 직경(Beam diameter)이 2 mm 이하, 펄스 지속시간(Pulse duration)이 300 fs 이하인 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치. And said laser beam has a wavelength of 400 nm, an average output power of 100 mW, a beam diameter of 2 mm or less, and a pulse duration of 300 fs or less. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 레이저 빔은 펄스 주파수가 1 kHz 이상 150 MHz 이하인 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치. And said laser beam has a pulse frequency of 1 kHz or more and 150 MHz or less. 레이저 빔을 이용하여 가공대상물의 목표위치를 가공하는 방법에 있어서,In the method for processing the target position of the object to be processed using a laser beam, (a) 극초단 레이저 펄스를 가지는 레이저 빔을 발생시키는 단계와;(a) generating a laser beam having ultrashort laser pulses; (b) 광학변조기를 이용하여 상기 레이저 빔을 제1 경로와 제2 경로로 분리시키는 단계와;(b) separating the laser beam into a first path and a second path using an optical modulator; (c) 빔 차단부를 이용하여 상기 제1 경로로 분리된 레이저 빔에 대하여 조사 조건에 대응하는 시간 동안 진행을 허용하는 단계-여기서, 상기 조사 조건에 대응하는 시간은 미리 설정되거나 상기 목표위치의 크기에 상응하여 설정됨-와; (c) allowing the laser beam separated into the first path to proceed for a time corresponding to the irradiation condition by using a beam blocker, wherein the time corresponding to the irradiation condition is preset or the size of the target position. Set correspondingly; (d) 상기 제1 경로로 분리된 레이저 빔을 집광하여 상기 목표위치에 조사되도록 하는 단계를 포함하되, (d) focusing the laser beam separated by the first path to irradiate the target position; 상기 단계 (c)는 상기 광학변조기의 예열 기능 사용 여부에 따라 결정되는 상기 레이저 빔의 레이저 펄스가 정상 상태(steady state)의 에너지 강도를 가지게 되는 워밍업 시간인 동작 상태 안정화 도입 시간이 경과한 후 상기 레이저 빔의 진행을 허용하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법. The step (c) is a warm-up time in which the laser pulse of the laser beam determined according to whether the preheating function of the optical modulator is used has a steady state energy intensity. A laser processing method characterized by allowing the progress of a laser beam. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 단계 (c)는 기구적으로 상기 레이저 빔의 진행을 차단하거나 허용하는 셔터(shutter)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.And said step (c) is performed by a shutter which mechanically blocks or permits the progress of said laser beam. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 단계 (c)는 상기 레이저 빔이 상기 조사 시간 동안 상기 제1 경로로 진행하고 그 외 시간 동안 제3 경로로 진행하도록 하는 미러(mirror)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.And said step (c) is performed by a mirror that causes said laser beam to travel in said first path during said irradiation time and in a third path for other times. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 광학변조기의 예열 기능을 사용한 후의 동작 상태 안정화 도입 시간이 상기 광학변조기의 예열 기능을 사용하기 전의 동작 상태 안정화 도입 시간보다 상대적으로 짧은 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법. And the operation state stabilization introduction time after using the preheating function of the optical modulator is relatively shorter than the operation state stabilization introduction time before using the preheating function of the optical modulator. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 동작 상태 안정화 도입 시간은 상기 광학변조기의 예열 기능을 사용하기 전에는 120초 내외이고, 상기 광학변조기의 예열 기능을 사용한 후에는 20초 이내인 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법. The operating state stabilization introduction time is about 120 seconds before using the preheating function of the optical modulator, and within 20 seconds after using the preheating function of the optical modulator.
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